~二元合金相图及应用.ppt

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1、3.2~3.3二元相图及应用重点：应用相图说明合金的组织和性能。难点：相图分析、合金的结晶过程。合金相图（平衡相图）：是用图解的方法表示不同成分、温度下合金中相的平衡关系，即“成分-温度-相”三者关系作用：1、根据相图可以了解不同成分合金在温度变化时的相变及组织形成规律。2、由相图可知一定成分的合金，在一定温度下的相和组织。3.2二元相图的建立通常热分析法获得。主要步骤（以Cu-Ni合金为例）wNi%CuNi20406080纯Ni的冷却曲线时间t温度TwNi%CuNi2040608080%Ni的冷却曲线时间t温度TwNi%CuNi2040608060%Ni的冷却曲线时间t

2、温度TwNi%CuNi2040608040%Ni的冷却曲线时间t温度TwNi%CuNi2040608020%Ni的冷却曲线时间t温度TwNi%CuNi20406080纯Cu的冷却曲线时间t温度T汇总wNi%CuNi20406080温度TαL+αL液相线固相线3.3二元相图的基本类型及应用一、匀晶相图二、共晶相图三、包晶相图四、共析相图五、其它相图一、二元匀晶相图定义：是指两组元在液态和固态均能无限互溶时形成的相图。例如、Cu-Ni。L+α1、相图分析（Cu-Ni相图）1）组元：Cu、Ni；2）特征点：A—纯组元Cu的熔点（1083℃）B—纯组元Ni的熔点（1452℃）Cu

3、-Ni合金相图3）特征线：AB上凹线—液相线AB下凹线—固相线4）特征区：L、ɑ和（L+ɑ）Cu-Ni合金相图2、合金的结晶过程1）匀晶转变：从液相L中均匀析出单相固溶体ɑ的过程。2）在两相区：随着温度的下降，固溶体相不断增多，液相不断减少；固溶体相的成分沿固相线变化；液相的成分沿液相线变化。3）室温组织：单相固溶体ɑ。液相线固相线LαL＋α温度TwNi%CuNiT1L1α1T2L2α2T3L3α33、杠杆定律QLQα在两相区，两相的质量比可以用杠杆定律求得，即：QL/Qα=bc/ab即QL/Qα恰好与它们的杠杆臂成反比关系。杠杆定律只适用于两相区。4、非平衡结晶与枝晶偏

4、析在实际生产中，由于冷却速度较快，固溶体中原子扩散不充分。先结晶部分含高熔点组元较多，后结晶部分含低熔点组元较多。一个晶粒内部化学成分不均匀的现象叫晶内偏析，或枝晶偏析。晶内偏析→塑性、韧性显著下降可通过扩散退火消除。二、二元共晶相图定义当二个组元在液态下无限互溶，而在固态时有限互溶，并有共晶反应发生时形成的相图。例如、Pb-Sn共晶相图。1、相图分析（Pb-Sn相图）1）组元：Sn、Pb；ɑ—是Sn溶于Pb中的置换固溶体；β—是Pb溶于Sn中的置换固溶体。2）特征点（7个点）A、B点——分别为组元Pb和Sn的熔点；M、N点——分别是固溶体ɑ、β的最大溶解度点；F、G点—

5、分别是固溶体ɑ、β在室温下的溶解度点。E点—为共晶点，E点对应的温度称为共晶温度；亚共晶合金共晶合金过共晶合金共晶反应：具有一定成分的液体（Le）在一定温度（共晶温度）下同时结晶两种成分的固溶体（ɑm+βn）称为共晶反应，即Le→（ɑm+βn）结晶产物为共晶体。共晶体的显微组织特征：是两相交替分布，其形态与合金的特性及冷却速度有关，通常呈片层状。共晶组织形态层片状(Al-CuAl2定向凝固)条棒状(Sb-MnSb横截面)螺旋状（Zn-Mg）Pb-Sn共晶组织3）特征线（5条）AEB为液相线；AMENB为固相线；MF、NG—代表两固溶体ɑ和β溶解度曲线；MEN—一段水平线又

6、称共晶反应线，成分在该范围内的合金都将发生共晶反应。4）特征区（7个区）LɑβL+ɑL+βɑ+βL+ɑ+β3个单相区：L、ɑ和β；3个双相区：（L+ɑ）、（L+β）和（ɑ+β）；1个三相区：（L+ɑ+β）2、合金平衡结晶过程及组织⑴含Sn量小于m点的合金匀晶转变→二次析出（析出二次固溶体βⅡ）室温显微组织：ɑ+βⅡ⑵共晶合金（e点合金）发生共晶转变：Le→（ɑm+βn）室温组织：（ɑ+β），即100%的共晶体。(3)亚共晶合金（m-e之间的合金）匀晶转变→共晶转变→二次析出βⅡ室温显微组织：ɑ+（ɑ+β）+βⅡ其中ɑ、（ɑ+β）、βⅡ均称为合金的组织组成物，是合金显微组织

7、的独立部分。Pb-Sn合金的结晶过程三、共析相图1、特点上部分为匀晶相图；下部分类似共晶相图。γγγγαααmen匀晶相图类似共晶相图亚共析合金共析合金过共析合金2、e点——共析点e点对应的温度称为共析温度；共析合金：成分对应于e点的合金；亚共析合金：成分位于e-m点之间合金；过共析合金：成分位于e-n点之间合金。共析反应：具有一定成分的固溶体（γe）在一定温度（共析温度）下同时析出两种成分的固溶体（ɑm+βn），称为共析反应，即γe→（ɑm+βn）结晶产物为共析体：呈片层状的特征，但比共晶体要细密。3、men为共析反应线：成